PCB 布局是優(yōu)化高速電路板線性性能的關(guān)鍵因素。本系列前幾篇文章討論了一些減少二次諧波失真的基本技術(shù)。本文受 TI 文檔“高速 PCB 布局技術(shù)”的啟發(fā)，試圖詳細(xì)討論如何在高速差分 ADC 驅(qū)動(dòng)器中布置軌到軌和軌到地旁路電容器，以實(shí)現(xiàn)最大可能的線性性能?！　∈褂脝味?a target="_blank">運(yùn)算放大器的差分 ADC 驅(qū)動(dòng)器

　　如圖 1 所示，可以通過采用兩個(gè)單端運(yùn)算放大器來實(shí)現(xiàn)差分 ADC 驅(qū)動(dòng)器。
　　圖 1.使用兩個(gè)相同的單端運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)差分 ADC 驅(qū)動(dòng)器
　　當(dāng)差分信號(hào)施加到這些相同路徑時(shí)，各個(gè)運(yùn)算放大器將產(chǎn)生相同的第二諧波分量。這些失真分量在 ADC 輸入端顯示為共模信號(hào)，它們將像任何其他共模噪聲和干擾信號(hào)一樣被差分 ADC 抑制。
　　在上一篇文章中，我們討論了需要對(duì)稱PCB 布局來保持兩個(gè)單端路徑相同并衰減二次諧波。在本文中，我們將討論如何布局運(yùn)算放大器的去耦電容以實(shí)現(xiàn)最大可能的線性性能。
　　我們知道，去耦電容充當(dāng)電荷源，提供運(yùn)算放大器應(yīng)向負(fù)載提供的高頻電流。為了提供高頻差分電流，我們可以使用軌對(duì)地和軌對(duì)軌去耦電容。
　　軌對(duì)軌與軌對(duì)地去耦結(jié)構(gòu)　　在圖 1 所示的結(jié)構(gòu)中，傳輸?shù)截?fù)載的電流是差分的，即當(dāng)上部運(yùn)算放大器向負(fù)載提供電流時(shí)，下部分支吸收電流，反之亦然。讓我們考慮上部運(yùn)算放大器提供負(fù)載電流而下部路徑吸收電流的情況。圖 2 顯示了軌對(duì)地和軌對(duì)軌去耦選項(xiàng)以及電流路徑。請(qǐng)注意，在此圖中，為簡(jiǎn)單起見，未顯示放大級(jí)的電阻器。此外，我們假設(shè)采用具有專用接地層的多層板。

　　圖 2.軌對(duì)地（a）和軌對(duì)軌（b）去耦結(jié)構(gòu)
　　采用軌對(duì)地去耦結(jié)構(gòu)（圖 2(a)）時(shí)，高頻電流將從正極供電軌的旁路電容（Cbypass1 ）流向負(fù)載，然后流向負(fù)極供電軌的旁路電容（Cbypass2 ），如藍(lán)色箭頭所示。電路原理圖表明節(jié)點(diǎn) A 和 B 都位于地平面，藍(lán)色箭頭所示的路徑是一條閉合的電流路徑。然而，實(shí)際上，節(jié)點(diǎn) A 和 B 是接地平面上的兩個(gè)不同節(jié)點(diǎn)，電流應(yīng)從節(jié)點(diǎn) B 流向節(jié)點(diǎn) A，以形成一條閉合的電流路徑。因此，負(fù)載電流將通過接地平面提供的阻抗最小的路徑流回 Cbypass1 的接地側(cè)。
　　這種結(jié)構(gòu)的挑戰(zhàn)在于，任何流經(jīng)接地平面且足夠靠近負(fù)載電流返回路徑的電流都可能與負(fù)載電流耦合并改變負(fù)載電流。此外，如果負(fù)載電流返回路徑從節(jié)點(diǎn) B 到 A 出現(xiàn)任何不對(duì)稱，ADC 驅(qū)動(dòng)器單端路徑之間的對(duì)稱性將受到影響，并且 ADC 輸入端將出現(xiàn)更大的二次諧波?！　榱吮苊膺@些問題，可以采用圖 2(b) 中的去耦結(jié)構(gòu)，在兩個(gè)軌道之間放置一個(gè)旁路電容器。這樣，差分負(fù)載電流將遵循藍(lán)色箭頭所示的路徑，而不必流過接地平面。根據(jù) TI 文檔，軌到軌旁路電容器可以將二次諧波失真降低 6 到 10dB。請(qǐng)注意，為了在相反方向上提供差分負(fù)載電流，我們需要添加另一個(gè)軌到軌旁路電容器 (Cbypass4 )，如下圖 3 所示。

　　圖 3
　　Cbypass4提供的負(fù)載電流的路徑如藍(lán)色箭頭所示。
　　那么共模電流呢？　　在圖1所示的結(jié)構(gòu)中，運(yùn)算放大器提供的電流主要是差分電流，可以由軌到軌去耦電容提供。但是，我們?nèi)匀豢梢杂行〉墓材ｋ娏鞣至?。例如，假設(shè)一個(gè)噪聲分量耦合到兩個(gè)運(yùn)算放大器的同相輸入端，并略微提高這些節(jié)點(diǎn)的電壓。這將產(chǎn)生從兩個(gè)運(yùn)算放大器流出的共模電流。如圖4所示，這樣的共模電流將對(duì)PCB走線的雜散電容進(jìn)行充電。

　　圖 4　　請(qǐng)注意，軌對(duì)軌旁路電容無法提供這些共模電流。在圖 4 中，運(yùn)算放大器必須直接通過電源和接地導(dǎo)體提供高頻共模電流分量，這是不希望的。因此，我們需要添加軌對(duì)地旁路電容，如圖 5 所示。

　　圖 5
　　如您所見，從兩個(gè)運(yùn)算放大器流出的共模電流將由正軌和地之間的旁路電容（C旁路5和 C旁路7）提供。該共模電流將對(duì)走線的寄生電容充電。因此，返回電流將從寄生電容的接地側(cè)流回到接地平面中 C旁路5和 C旁路7 的接地側(cè)。同樣，兩個(gè)運(yùn)算放大器吸收的共模電流將由放置在負(fù)軌和地之間的旁路電容（C旁路6和 C旁路8 ）提供。
　　軌至地電容可提供共模和差分電流　　雖然我們添加了 C旁路 5、C旁路 6、C旁路 7和 C旁路 8來提供共模電流，但這些電容器也將提供負(fù)載高頻差分電流的一部分。如圖 2(a) 所示，使用軌對(duì)地電容器可能會(huì)不必要地使差分負(fù)載電流流過接地平面，這是不希望的。為了避免這種情況，我們可以以對(duì)稱方式放置能夠提供差分電流的軌對(duì)地旁路電容器，并在它們之間的中點(diǎn)接地。圖 6 以圖形方式對(duì)此進(jìn)行了最好的說明。

　　圖 6
　　上圖顯示了上部運(yùn)算放大器提供負(fù)載電流而下部路徑吸收負(fù)載電流的情況。在這種情況下，C旁路5和 C旁路8可以提供一部分負(fù)載差分電流。為了防止差分電流流過接地平面，我們通過電路板信號(hào)層上的 PCB 走線將 C旁路5和 C旁路8的接地側(cè)連接在一起，并將該走線在中點(diǎn)接地（圖中的節(jié)點(diǎn) A）。對(duì)于差分信號(hào)，節(jié)點(diǎn) A 理論上應(yīng)為虛擬接地，差分電流不應(yīng)流入接地平面（對(duì)于差分負(fù)載電流， I接地=0）。同樣，我們將 C旁路6和 C旁路7對(duì)稱放置，并將兩個(gè)電容器之間的走線在中點(diǎn)接地。您可以在此 TI 應(yīng)用報(bào)告中找到應(yīng)用上述技術(shù)的示例布局。